تعیین گاف انرژی

تعیین گاف انرژی

یکی از اصلی ترین تحلیل ها و داده از نتایج آنالیز  DRS یا Diffuse reflectance spectroscopy یا روش طیف سنجی UV-VIs، بدست آوردن گاف انرژی، باند گپ یا باند ممنوعه مواد است. به دلیل عدم استفاده از مایعات به عنوان حلال یا دیسپرسانت، آنالیز DRS گزینه مناسبت تری برای بررسی خواص نوری فلزات و نیمه رسانا مانند محاسبه باندگپ است. اما باند گپ چیست؟ و محاسبه آن چه دیدگاهی در مورد ماده سنتز شده به ما می دهد؟

گاف انرژی یا همان باند گپ (band gap) به اختلاف انرژی باندهای رسانش و ظرفیت می گویند. در تئوری نواری، الکترون های لایه ظرفیت اتم ها هنگامی که در کنار هم قرار می گیرند ایجاد یک باند یا نوار الکترونی می کنند ( به نوعی یک اوربیتال بسیار بزرگ). باندی نیز به نام باند رسانش در انرژی بالاتری از باند ظرفیت تشکیل می شود. الکترون هایی که در باند ظرفیت اند، هنگامی که انرژی دریافت می کنند می توانند به باند رسانش بروند و در نتیجه قید آنها به هسته اتم کم شده و به اتم های دیگر منتقل می شود. اختلاف انرژی های این دو باند را همانگونه که گفتیم به عنوان باند گپ می شناسیم. در شکل زیر باند و گپ انرژی برای مواد فلزی، نیمه رساناها و مواد نارسانا مشاهده می شود.

در بیشتر موارد باند گپ برای نیمه رساناها بدست می آید. در آنها هنگامی که الکترون ها از باند ظرفیت به باند هدایت می روند، یک حفره ناشی از ترک الکترون و جایی که قبلا الکترون وجود داشت ایجاد می شود. این حفره ویژگی های الکترون را دارد ولی بار آن مخالف و مثبت است. به الکترون و حفره، جفت الکترون - حفره می گویند. این جفت است که باعث هدایت در نیمه هادی ها می شود. در رساناها باند گپ وجود ندارد. باند گپ در نیمه هادی ها در حدی است که می تواند الکترون با گرفتن انرژی نه چندان زیاد به باند ظرفیت بروند. ولی این باند در عایق ها بسیار بزرگ است.